Концепции современного естествознания. Шпаргалки

Богданова Ирина Юрьевна

В отличие от них живые молекулы обладают либо только левой, либо только правой ориентацией: молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты имеет спираль, закрученную вправо, фруктоза – левонаправленная (вращается влево) глюкоза – правонаправленная (вращается вправо) и т. п.

Был выведен важнейший признак живых систем на молекулярном уровне: живые организмы способны создавать только хирально чистые молекулы, именно этим на биохимическом уровне живое отличается от неживого. Следовательно, наличие хиральности – главный показатель живой материи.

112. Нарушение симметрии самоорганизующихся структур

Считается, что отход от симметричной организации стал толчком для усложнения

материи и развития жизни. В основе синергетики лежит мысль, что в основе формирования Вселенной было спонтанное нарушение симметрии первичного вакуума, существовавшего до Большого Взрыва, именно нарушение симметрии сделало физический вакуум неустойчивым и заставило его раздуваться, то есть начался процесс гравитационного отталкивания и расширения вакуума. Вселенная разогрелась, расширилась, потеряла симметричность, потом начался процесс падения температуры, и Вселенная прошла ряд точек с еще большей потерей симметрии (так называемые точки бифуркации – ветвления), которые синергетика выстраивает согласно схеме:

1) нарушение симметрии (тождества) между бозонами и фермионами положило начало разделению материи на вещество и поле;

2) нарушилась симметрия между кварками и лептонами; между сильным взаимодействием и электрослабым взаимодействием; между веществом и антивеществом: возросло количество частиц вещества и Вселенная оказалась построенной из вещества;

3) нарушение симметрии электрослабого взаимодействия проявилось в виде различия между электромагнитным и слабым взаимодействием;

4) возникли протоны и нейтроны.

Далее симметрия все более терялась, давая начало химическим элементам (водороду, гелию, ионизованному газу), звездам, галактикам и т. п. Плотность энергии вакуума уменьшалась, она уходила на создание микрочастиц, которые получали массу и заряд. В результате этих процессов была рождена Вселенная с теми свойствами, которыми она обладает и сегодня. На молодой Земле процесс зарождения жизни начался с утраты симметрии и создания хирально чистых органических молекул.

Причиной появления асимметрии называют радиацию, температуру, давление, воздействие электромагнитных полей и т. п. Появление органических структур, сходных с генами, стало формой самоорганизации живой материи и, как считают, произошло не как эволюция, а как качественный скачок в развитии. Этот скачок принято называть Большим Биологическим Взрывом (явление, аналогичное рождению Вселенной). В дальнейшем органическая жизнь стала усложняться, все дальше уходя от симметрии.

113. Теория самоорганизации как синтез естественнонаучных знаний

В последнее время ведущее место заняла синергетика – наука, изучающая принципы формирования и развития самоорганизующихся систем. В ее основе лежат многочисленные открытия и гипотезы современного естествознания. В основном, предметом исследования синергетики являются биологические и социальные системы (эволюция Вселенной, деление клеток, функционирование мозга, образование речи и языков, формирование общественного мнения, естественный отбор и т. п.).

Основателями синергетики были Пригожин и Хакен, которые ввели понятие самоорганизации для неравновесной термодинамики. Они рассматривали самоорганизацию как коллективное взаимодействие частиц в открытой системе, приводящее при дальнейшем развитии к возникновению нового порядка в расположении данных частиц в данной системе; под новым порядком они понимали качественное изменение самой системы, ее структуры и свойств.

Условиями для самоорганизации являются открытость системы, большое количество составляющих (для микромира – частиц), неравновесность, то есть балансирование системы далеко от точки равновесия, почему ее энтропия не достигает максимального значения.

Так как самоорганизация является ведущим принципом реальных неравновесных систем, выводы Пригожина и Хакена были использованы для систем с большим числом участников – природы как единого комплекса живых существ и общества как комплекса социальных связей. Распространение физической теории на развитие общества сомкнуло в синергетике естественные и гуманитарные науки, позволив рассматривать мир как единое целое в рамках одной теории.

Любая самоорганизующаяся система проходит круг рождения, развития и преобразования (или гибели): источником рождения служит ей некая иная система, достигшая точки перехода, затем система начинает эволюционировать, стремясь перейти от упорядоченности к хаосу, отвечая или не отвечая на сдерживающие энтропию факторы, если энтропия достигает максимума, система перестраивает себя изнутри и разрушается, давая начало новой самоорганизующейся системе с новыми качественными показателями.

Этот механизм развития одновременно и эволюционный, и революционный, поскольку при эволюции система стремится сохранить устойчивость, а накопление новых качеств приводит к революционной ломке и созданию новой системы.

114. Основные понятия синергетики

В классической термодинамике процессы могут идти только по одному сценарию – система, развиваясь по линейным законам, приходит в равновесие. В неравновесной термодинамике выбор сценария зависит от множества факторов, то есть случайность и вероятность являются объективными свойствами системы, а ее развитие подчиняется нелинейным законам. Эта нелинейность выражается в неожиданных, непредсказуемых поворотах системы, в связи с выбором путей ее развития.

Примером такой постоянно открытой изменяющейся системы является наша Вселенная – в ней постоянно происходят перемены, образуются и погибают крупные структуры, меняется их расположение или порядок, но сама система продолжает существовать. Она существует благодаря происходящим переменам, существует, пока эти перемены происходят. Такой системой является та или иная цивилизация, которая проходит этапы развития от рождения до прекращения существования: как только энтропийные процессы достигают максимума, у нее остается один путь – к разрушению, цивилизация погибает, а из ее осколков складываются или не складываются новые цивилизации.

Основными понятиями синергетики являются порядок и хаос, открытость, нелинейность, диссипативность, бифуркация, аттрактор, фазовая траектория. Самоорганизующаяся система в силу своей незамкнутости и существования обратных связей способна преобразовать хаотическое движение своих элементов во внутреннюю структуру, в ней постоянно идет борьба между движением к хаосу и движением к упорядоченности. Открытость выводит систему из жесткого детерминизма. Нелинейность приводит к многовариантности путей развития. Диссипативность приводит к созданию внутри системы упорядоченных структур. Бифуркации являются точками выбора нового сценария, ведущего либо к нарастанию энтропии, либо к упорядочиванию структур и усложнению системы. Аттракторами называются точки, к которым стремится система, отошедшая от первоначальных параметров, дающих ей один путь для развития и один конечный результат. Фазовые траектории (состояния) показывают эволюцию системы в абстрактном (математическом) пространстве с координатами компонент состояния. Чем более сложной кривой описывается состояние системы в направлении аттрактора, тем более сложна и сама система.